DE102018133435A1 - DISASSEMBLY METHOD AND DISASSEMBLY DEVICE BASED ON A BASIC MATERIAL COMBINATION - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung schafft ein Zerlegungsverfahren auf der Basis einer Basismaterialkombination. In der vorliegenden Offenbarung wird ein abgetastetes Objekt in mehrere Bereiche unterteilt, die Basismaterialkombinationen, die in jedem der unterteilten Bereiche verwendet werden, sind voneinander verschieden und das abgetastete Objekt wird gemäß der erneut bestimmten äquivalenten Atomzahl jedes ihres Punkts erneut unterteilt, bis die Änderung des Zerlegungskoeffizienten bestimmte Bedingungen erfüllt. Dadurch wird ein Zerlegungsverfahren auf der Basis von dynamischen Basismaterialkombinationen verwirklicht, das einen Zerlegungsfehler verringert, der durch eine ungeeignete Auswahl der Basismaterialkombination verursacht wird, und die Genauigkeit der Zerlegung und Substanzidentifikation der Mehrenergie-CT verbessert.The present disclosure provides a decomposition method based on a base material combination. In the present disclosure, a scanned object is divided into a plurality of regions, the base material combinations used in each of the divided regions are different from each other, and the scanned object is re-divided according to the re-determined equivalent atomic number of each of its points until the change of the decomposition coefficient meets certain conditions. Thereby, a decomposition method based on dynamic base material combinations is realized, which reduces a decomposition error caused by improper selection of the base material combination, and improves the accuracy of decomposition and substance identification of the multi-energy CT.
Description
Die vorliegende Offenbarung basiert auf der
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Strahlungsabbildung und bezieht sich insbesondere auf ein Zerlegungsverfahren und eine Zerlegungsvorrichtung auf der Basis einer Basismaterialkombination.The present disclosure relates to the field of radiation imaging, and more particularly relates to a decomposition method and a decomposition apparatus based on a base material combination.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Eine verwandte Röntgenstrahl-Dualenergie-CT-Abbildungstechnik (Röntgenstrahl-Dualenergie-Computertomographie-Abbildungstechnik) zerlegt eine Dämpfungskoeffizientenfunktion einer Substanz in eine Linearkombination von Dämpfungskoeffizientenfunktionen von zwei bekannten Basismaterialien und Koeffizienten der Linearkombination sind zu lösende unbekannte Parameter. Die Zerlegung eines abgetasteten Objekts verwendet einen festen Satz von doppelten Basismaterialien und einen entsprechenden festen Satz von Dämpfungskoeffizientenfunktionen. Wasser und Knochen können beispielsweise als doppelte Basismaterialien in der medizinischen Dualenergie-CT ausgewählt werden.A related X-ray dual energy CT imaging technique decomposes a damping coefficient function of a substance into a linear combination of damping coefficient functions of two known base materials and coefficients of the linear combination are unknown parameters to be solved. The decomposition of a scanned object uses a fixed set of dual base materials and a corresponding fixed set of attenuation coefficient functions. For example, water and bone can be selected as dual base materials in dual-energy medical CT.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft ein Zerlegungsverfahren auf der Basis einer Basismaterialkombination, das umfasst:
- einen Erhaltungsschritt zum Erhalten von Zerlegungskoeffizienten und einer äquivalenten Atomzahl jedes Punkts eines abgetasteten Objekts;
- einen Bereichsunterteilungsschritt zum Unterteilen des abgetasteten Objekts in mehrere Bereiche gemäß der äquivalenten Atomzahl jedes Punkts des abgetasteten Objekts, wobei die Basismaterialkombinationen, die in jedem der unterteilten Bereiche verwendet werden, voneinander verschieden sind;
- einen Zerlegungskoeffizientenbestimmungsschritt zum Bestimmen von Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich in Bezug auf jeden der unterteilten Bereiche auf der Basis der in dem Bereich verwendeten Basismaterialkombination;
- einen Bestimmungsschritt für äquivalente Atomzahlen zum Bestimmen von äquivalenten Atomzahlen für alle Punkte im unterteilten Bereich in Bezug auf jeden der unterteilten Bereiche auf der Basis der bestimmten Zerlegungskoeffizienten aller Punkte im unterteilten Bereich und von Atominformationen aller Basismaterialien der in dem unterteilten Bereich verwendeten Basismaterialkombination dann, wenn die Änderung des Zerlegungskoeffizienten auf der Basis der Zerlegungskoeffizienten aller Punkte in allen unterteilten Bereichen nicht geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert; und
- einen Schleifendurchlaufschritt zum Durchlaufen des Bereichsunterteilungsschritts, des Zerlegungskoeffizientenbestimmungsschritts und des Bestimmungsschritts für äquivalente Atomzahlen in einer Schleife gemäß den bestimmten äquivalenten Atomzahlen jedes Punkts des abgetasteten Objekts, bis die Änderung des Zerlegungskoeffizienten auf der Basis der Zerlegungskoeffizienten aller Punkte in allen unterteilten Bereichen geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
- a preserving step for obtaining decomposition coefficients and an equivalent atomic number of each point of a scanned object;
- a region dividing step for dividing the scanned object into a plurality of regions according to the equivalent atomic number of each point of the scanned object, the base material combinations used in each of the divided regions being different from each other;
- a decomposition coefficient determination step for determining decomposition coefficients of each point in the region with respect to each of the divided regions on the basis of the base material combination used in the region;
- an equivalent atomic number determining step of determining equivalent atomic numbers for all the divided region points with respect to each of the divided regions on the basis of the determined decomposition coefficients of all the divided region points and atomic information of all the base materials of the base material combination used in the divided region Change of the decomposition coefficient on the basis of the decomposition coefficients of all points in all the divided areas is not less than a predetermined threshold; and
- a looping step of looping the area dividing step, the decomposition coefficient determining step, and the equivalent number of atoms determining step in accordance with the determined equivalent atomic numbers of each point of the scanned object until the change of the decomposition coefficient based on the decomposition coefficients of all the points in all the divided areas is less than a predetermined one threshold.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Bereichsun terteil ungsschri tt:In some embodiments of the present disclosure, the range subdivision includes:
Unterteilen aller Punkte, die in einem gleichen Unterintervall einer vorbestimmten Atomzahlbeziehungskette angeordnet sind, in einen Bereich gemäß einer Position einer äquivalenten Atomzahl jedes Punkts des abgetasteten Objekts in der Atomzahlbeziehungskette, und Materialien, die den Atomzahlen an beiden Endpunkten des Unterintervalls entsprechen, werden als Basismaterialien bestimmt, die eine Basismaterialkombination des Bereichs bilden.Dividing all points located in an equal subinterval of a predetermined atomic number relation chain into an area corresponding to a position of an equivalent atomic number of each point of the scanned object in the atomic number relation chain, and materials corresponding to the atomic numbers at both end points of the subinterval are determined as base materials forming a base material combination of area.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Zerlegungskoeffizientenbestimmungsschritt für jeden der unterteilten Bereiche
Berechnen eines Integrals der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft, gemäß Projektionsdaten des Strahls mit verschiedenen Energien, einem Energiespektrum des Bereichs und den Dämpfungskoeffizientenfunktionen, die der Basismaterialkombination des Bereichs entsprechen;
Bestimmen von Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich gemäß dem Integral der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft.In some embodiments of the present disclosure, the decomposition coefficient determination step includes for each of the divided regions
Calculating an integral of the decomposition coefficients of each point in the region along each path through which each ray passes, according to projection data of the beam having different energies, an energy spectrum of the region, and the damping coefficient functions corresponding to the base material combination of the region;
Determining decomposition coefficients of each point in the region according to the integral of the decomposition coefficients of each point in the region along each path through which each ray passes.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das Energiespektrum eines Bereichs gemäß einem Energiespektrum einer Strahlquelle, den Zerlegungskoeffizienten aller Punkte in anderen Bereichen außerhalb des Bereichs und den Dämpfungskoeffizientenfunktionen, die den Basismaterialkombinationen der anderen Bereiche entsprechen, bestimmt.In some embodiments of the present disclosure, the energy spectrum of a region is determined according to an energy spectrum of a beam source, the decomposition coefficients of all points in other out-of-range regions, and the damping coefficient functions corresponding to the base material combinations of the other regions.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Bestimmungsschritt für äquivalente Atomzahlen:In some embodiments of the present disclosure, the equivalent atomic number determination step comprises:
Bestimmen einer äquivalenten Elektronendichte jedes Punkts in einem unterteilten Bereich gemäß einem Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich und einer Atomzahl und einem Atomgewicht aller Basismaterialien der Basismaterialkombination des Bereichs;Determining an equivalent electron density of each point in a divided region according to a decomposition coefficient of each point in the region and an atomic number and an atomic weight of all the base materials of the base material combination of the region;
Bestimmen einer äquivalenten Atomzahl jedes Punkts in dem Bereich gemäß dem Zerlegungskoeffizienten und der äquivalenten Elektronendichte jedes Punkts in dem Bereich und der Atomzahl und dem Atomgewicht aller Basismaterialien der Basismaterialkombination des Bereichs.Determining an equivalent atomic number of each point in the region according to the decomposition coefficient and the equivalent electron density of each point in the region and the atomic number and the atomic weight of all the base materials of the base material combination of the region.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erhält der Erhaltungsschritt die Zerlegungskoeffizienten und die äquivalenten Atomzahlen aller Punkte des abgetasteten Objekts gemäß einer vorgegebenen Basismaterialkombination. In some embodiments of the present disclosure, the preserving step obtains the decomposition coefficients and the equivalent atomic numbers of all points of the scanned object according to a predetermined base material combination.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner:
- dann, wenn die Änderung der Zerlegungskoeffizienten geringer ist als der vorgegebene Schwellenwert, Durchführen einer Substanzidentifikation für jeden der unterteilten Bereiche unter Verwendung der äquivalenten Atomzahl jedes Punkts in dem Bereich.
- when the change in the decomposition coefficients is less than the predetermined threshold, performing substance identification for each of the divided regions using the equivalent atomic number of each point in the region.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Punkt einen Pixelpunkt oder einen Voxelpunkt.In some embodiments of the present disclosure, the dot includes a pixel dot or a voxel dot.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft eine Zerlegungsvorrichtung auf der Basis einer Basismaterialkombination, die umfasst:
- einen Arbeitsspeicher; und
- einen Prozessor, der mit dem Arbeitsspeicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor dazu konfiguriert ist, das Verfahren irgendeiner Ausführungsform auf der Basis von im Arbeitsspeicher gespeicherten Befehlen durchzuführen.
- a working memory; and
- a processor coupled to the memory, wherein the processor is configured to perform the method of any embodiment based on instructions stored in memory.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft ein computerlesbares Arbeitsspeichermedium, das ein Computerprogramm speichert, wobei das Programm durch einen Prozessor ausgeführt wird, um das Verfahren irgendeiner Ausführungsform zu implementieren.Another aspect of the present disclosure provides a computer readable memory medium storing a computer program, the program being executed by a processor to implement the method of any embodiment.
In der vorliegenden Offenbarung wird ein abgetastetes Objekt in mehrere Bereiche unterteilt, die Basismaterialkombinationen, die in jedem der unterteilten Bereiche verwendet werden, sind voneinander verschieden, und das abgetastete Objekt wird gemäß der erneut bestimmten äquivalenten Atomzahl seines jeden Punkts erneut unterteilt, bis die Änderung des Zerlegungskoeffizienten bestimmte Bedingungen erfüllt. Dadurch wird ein Zerlegungsverfahren auf der Basis von dynamischen Basismaterialkombinationen verwirklicht, das einen Zerlegungsfehler verringert, der durch eine ungeeignete Auswahl der Basismaterialkombination verursacht wird, und die Genauigkeit der Zerlegung und Substanzidentifikation der Mehrenergie-CT verbessert. Wenn der Bereich der Atomzahlvariation des abgetasteten Objekts groß ist, wie z. B. medizinische CT-gestützte Abbildung (die ein Kontrastmittel eines Materials wie z. B. Jod verwendet), Hochenergie- oder Mehrenergie-CT-Abbildung (wie z. B. Sicherheits-, Luftkasten- oder Behälter-CT-Abbildung usw.), sind die Vorteile besonders offensichtlich.In the present disclosure, a scanned object is divided into a plurality of regions, the base material combinations used in each of the divided regions are different from each other, and the scanned object is re-divided according to the newly determined equivalent atomic number of each point until the change of the Decomposition coefficient meets certain conditions. Thereby, a decomposition method based on dynamic base material combinations is realized, which reduces a decomposition error caused by improper selection of the base material combination, and improves the accuracy of decomposition and substance identification of the multi-energy CT. When the range of atomic number variation of the scanned object is large, such as. Medical CT-assisted imaging (using a contrast agent of a material such as iodine), high-energy or multi-energy CT imaging (such as safety, air-box or vessel CT imaging, etc.) The advantages are especially obvious.
Figurenliste list of figures
Eine kurze Einführung wird nachstehend für die Zeichnungen gegeben, die in der Beschreibung der Ausführungsformen oder verwandten Technologien verwendet werden sollen. Die vorliegende Offenbarung kann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen deutlicher verstanden werden.A brief introduction is given below for the drawings to be used in the description of the embodiments or related technologies. The present disclosure may be more clearly understood from the following detailed description with reference to the drawings.
Es ist offensichtlich, dass die wie folgt dargestellten Zeichnungen lediglich einige der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind. Der Fachmann auf dem Gebiet könnte andere Zeichnungen aus den begleitenden Zeichnungen ohne irgendwelche erfinderischen Anstrengungen erhalten.
-
1 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Zerlegungsverfahrens auf der Basis einer Basismaterialkombination der vorliegenden Offenbarung. -
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein zyklisch ausgeführte Zerlegungsverfahren auf der Basis von dynamischen Basismaterialkombinationen zeigt, in dem die Gleichungen (6-13) an der Berechnung teilnehmen. -
3 zeigt einen Satz von Simulationsversuchsergebnissen. -
4 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Ausführungsform einer Zerlegungsvorrichtung auf der Basis einer Basismaterialkombination der vorliegenden Offenbarung. -
5 ist ein schematisches Strukturdiagramm noch einer anderen Ausführungsform der Zerlegungsvorrichtung auf der Basis einer Basismaterialkombination der vorliegenden Offenbarung.
-
1 FIG. 10 is a flowchart of one embodiment of a decomposition process based on a base material combination of the present disclosure. FIG. -
2 Fig. 10 is a flowchart showing a cyclic decomposition method based on dynamic base material combinations in which equations (6-13) participate in the calculation. -
3 shows a set of simulation trial results. -
4 FIG. 12 is a schematic structural diagram of an embodiment of a base material combination-based decomposition apparatus of the present disclosure. FIG. -
5 FIG. 12 is a schematic structural diagram of still another embodiment of the base material combination-disassembling apparatus of the present disclosure. FIG.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Der Erfinder hat festgestellt, dass das verwandte Zerlegungsverfahren auf der Basis einer festen Basismaterialkombination einen guten Effekt hat, wenn die zu identifizierende Substanz einen kleinen Bereich einer Atomzahlvariation aufweist, aber ein großer Zerlegungsfehler auftritt, wenn der Bereich der Atomzahlvariation groß ist. Beispielsweise sind Dämpfungskoeffizientenfunktionen einer Substanz, deren Bereich der Atomzahl von Kohlenstoff (Atomzahl Z = 6, der organischen Stoff darstellt) bis Blei (Z = 82, das ein Schwermetall darstellt) geht, ziemlich unterschiedlich. Wenn ein fester Satz von Basismaterialien verwendet wird, wenn beispielsweise Kohlenstoff (Z = 6) und Zinn (Z = 50) ausgewählt werden, ist der Zerlegungsfehler von Substanzen mit Z > 50 und nahe Z = 28 im abgetasteten Objekt sehr groß; wenn Kohlenstoff (Z = 6) und Blei (Z = 82) ausgewählt werden, ist der Zerlegungsfehler von Substanzen mit 30 < Z < 60 im abgetasteten Objekt sehr groß; wenn Zinn (Z = 50) und Blei (Z = 82) ausgewählt werden, ist der Zerlegungsfehler von Substanzen mit Z < 50 im abgetasteten Objekt sehr groß.The inventor has found that the related decomposition method based on a solid base material combination has a good effect when the substance to be identified has a small range of atomic number variation, but a large decomposition error occurs when the range of atomic number variation is large. For example, damping coefficient functions of a substance whose range is the atomic number of carbon (atomic number Z = 6 representing organic matter) to lead (Z = 82 which is a heavy metal) are quite different. When a fixed set of base materials is used, for example, when carbon (Z = 6) and tin (Z = 50) are selected, the decomposition error of substances with Z> 50 and near Z = 28 in the scanned object is very large; if carbon (Z = 6) and lead (Z = 82) are selected, the decomposition error of substances with 30 <Z <60 in the scanned object is very large; when tin (Z = 50) and lead (Z = 82) are selected, the decomposition error of substances with Z <50 in the scanned object is very large.
Ein durch die vorliegende Offenbarung zu lösendes technisches Problem besteht darin, einen Zerlegungsfehler zu verringern, der durch eine ungeeignete Auswahl der Basismaterialkombination verursacht wird.A technical problem to be solved by the present disclosure is to reduce a decomposition error caused by improper selection of the base material combination.
Die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in einer klaren und vollständigen Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben.The technical solutions in the embodiments of the present disclosure will be described in a clear and complete manner with reference to the accompanying drawings in the embodiments of the present disclosure.
In Schritt
Der Erhaltungsschritt erhält die Zerlegungskoeffizienten und die äquivalenten Atomzahlen aller Punkte des abgetasteten Objekts gemäß einer festen Basismaterialkombination. Das heißt, die Zerlegungskoeffizienten und die äquivalenten Atomzahlen aller Punkte des abgetasteten Objekts können gemäß dem Zerlegungsergebnis auf der Basis einer festen Basismaterialkombination bestimmt werden. Das Zerlegungsverfahren auf der Basis der festen Basismaterialkombination kann durch Bezugnahme auf ein Zerlegungsverfahren auf der Basis der festen doppelten Basismaterialien im Stand der Technik verwirklicht werden.The preservation step obtains the decomposition coefficients and the equivalent atomic numbers of all points of the scanned object according to a solid base material combination. That is, the decomposition coefficients and the equivalent atomic numbers of all the points of the scanned object can be determined according to the decomposition result on the basis of a solid base material combination. The solid base material combination-based decomposition method can be realized by referring to a decomposition method based on the solid double base materials in the prior art.
In Schritt
Der Punkt ist ein Pixelpunkt oder ein Voxelpunkt. Wenn das abgetastete Objekt kein einzelnes Material ist, wird das abgetastete Objekt gewöhnlich in mehrere Bereiche unterteilt. Wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computers schnell genug ist, kann jeder Pixel- oder Voxelpunkt des abgetasteten Objekts in höchstens einen Bereich unterteilt werden. Wenn eine Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computer begrenzt ist, können mehrere Punkte im abgetasteten Objekt, deren Differenz der äquivalenten Atomzahl geringer ist als ein vorgegebener Umfang, in einen Bereich unterteilt werden.The point is a pixel point or a voxel point. If the scanned object is not a single material, the scanned object is usually divided into several areas. If the processing speed of the computer is fast enough, each pixel or voxel point of the scanned object can be divided into at most one area. When a processing speed of the computer is limited, a plurality of dots in the scanned object whose difference in the equivalent atomic number is smaller than a predetermined amount can be divided into an area.
In Schritt
In Schritt
Die Atominformationen umfassen beispielsweise Atomzahl und Atomgewicht.The atomic information includes, for example, atomic number and atomic weight.
In Schritt
Wenn beispielsweise eine Änderung der Zerlegungskoeffizienten aller Punkte in einem bestimmten Bereich geringer ist als der vorgegebene Schwellenwert, werden die Zerlegungskoeffizienten des Bereichs als konvergierend betrachtet.For example, if a change in the decomposition coefficients of all points in a certain range is less than the predetermined threshold, the decomposition coefficients of the range are considered convergent.
Die Substanzidentifikation für jeden unterteilten Bereich kann unter Verwendung der äquivalenten Atomzahl jedes Punkts in dem Bereich nach der Konvergenz durchgeführt werden. Dann, wenn die Änderung der Zerlegungskoeffizienten geringer ist als der vorgegebene Schwellenwert, kann die Substanzidentifikation für jeden unterteilten Bereich unter Verwendung der äquivalenten Atomzahl jedes Punkts in dem Bereich durchgeführt werden.The substance identification for each divided region may be performed by using the equivalent atomic number of each point in the region after the convergence. Then, when the change of the decomposition coefficients is less than the predetermined threshold value, the substance identification for each divided region may be performed using the equivalent atomic number of each point in the region.
In der obigen Ausführungsform wird ein abgetastetes Objekt in mehrere Bereiche unterteilt, die Basismaterialkombinationen, die in jedem der unterteilten Bereiche verwendet werden, sind voneinander verschieden und das abgetastete Objekt wird gemäß der erneut bestimmten äquivalenten Atomzahl jedes ihres Punkts erneut unterteilt, bis die Änderung des Zerlegungskoeffizienten bestimmte Bedingungen erfüllt. Dadurch wird ein Zerlegungsverfahren auf der Basis von dynamischen Basismaterialkombinationen verwirklicht, das einen Zerlegungsfehler verringert, der durch eine ungeeignete Auswahl der Basismaterialkombination verursacht wird, und die Genauigkeit der Zerlegung und Substanzidentifikation der Mehrenergie-CT verbessert.In the above embodiment, a scanned object is divided into a plurality of areas, the base material combinations used in each of the divided areas are different from each other, and the scanned object is re-divided according to the re-determined equivalent atomic number of each of its points until the change of the decomposition coefficient meets certain conditions. Thereby, a decomposition method based on dynamic base material combinations is realized, which reduces a decomposition error caused by improper selection of the base material combination, and improves the accuracy of decomposition and substance identification of the multi-energy CT.
Wenn der Umfang der Atomzahlvariation des abgetasteten Objekts groß ist, wie z. B. medizinische CT-gestützte Abbildung (die ein Kontrastmittel eines Materials wie z. B. Jod verwendet), Hochenergie- oder Mehrenergie-CT-Abbildung (wie z. B. Sicherheits-, Luftkasten- oder Behälter-CT-Abbildung usw.), sind die Vorteile besonders offensichtlich. Und es hat einen wichtigen Anwendungswert für die klinische medizinische, Sicherheits-, industrielle zerstörungsfreie Prüfung und andere Gebiete.When the amount of atomic number variation of the scanned object is large, such as. Medical CT-assisted imaging (using a contrast agent of a material such as iodine), high-energy or multi-energy CT imaging (such as safety, air-box or vessel CT imaging, etc.) The advantages are especially obvious. And it has an important application value for clinical medical, safety, industrial non-destructive testing and other fields.
Das Zerlegungsverfahren auf der Basis einer Basismaterialkombination der vorliegenden Offenbarung ist nicht nur auf die CT mit Dualenergie (Energiespektrum) anwendbar, sondern auch auf die Mehrenergie-CT anwendbar, wenn Projektionsdaten von mehr Energiespektren erfasst werden können, wie z. B. Dreienergie-CT-Daten oder Energiespektrum-CT-Daten auf der Basis von Mehrenergie-Photonenzähldetektoren. Bei der Dualenergie-CT verwendet jeder Bereich eine Kombination von doppelten Basismaterialien. Bei der Mehrenergie-CT erfordert jeder Bereich eine Kombination von mehreren Basismaterialien derselben Anzahl wie die Energiespektren. In einer Dreienergie-CT erfordert beispielsweise jeder Bereich eine Kombination von drei Basismaterialien. Die speziellen Gleichungen der anschließenden Ausführungsform werden beschrieben, indem die Dualenergie-CT als Beispiel herangezogen wird. Gemäß dem Zerlegungsverfahren auf der Basis von doppelten Basismaterialien der Dualenergie-CT der vorliegenden Offenbarung kann der Fachmann auf dem Gebiet das Zerlegungsverfahren der Mehrenergie-CT ohne irgendeine kreative Arbeit erhalten.The decomposition method based on a base material combination of the present disclosure is not only applicable to the dual energy (energy spectrum) CT, but also applicable to the multi-energy CT when projection data can be detected by more energy spectrums such as energy. For example, three energy CT data or energy spectrum CT data based on multi-energy photon counting detectors. at Dual-energy CT uses each area a combination of dual base materials. In multi-energy CT, each area requires a combination of several base materials of the same number as the energy spectra. For example, in a three-energy CT, each area requires a combination of three base materials. The specific equations of the subsequent embodiment will be described using the dual energy CT as an example. According to the dual-base CT dual base material decomposition method of the present disclosure, those skilled in the art can obtain the multi-energy CT decomposing method without any creative work.
Eine beispielhafte Implementierung von Schritt
Das Berechnungsverfahren der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in einem bestimmten Bereich t auf der Basis einer Basismaterialkombination des Bereichs t umfasst: Berechnen eines Integrals der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts im Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft, gemäß Projektionsdaten des Strahls mit verschiedenen Energien (wie z. B. Projektionsdaten unter hoher Energie und Projektionsdaten unter niedriger Energie), einem Energiespektrum des Bereichs und Dämpfungskoeffizientenfunktionen, die der Basismaterialkombination des Bereichs entsprechen; Bestimmen von Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich mit einem vorgegebenen Rekonstruktionsalgorithmus gemäß dem Integral der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft. Der Rekonstruktionsalgorithmus kann beispielsweise ein Algorithmus einer gefilterten Rückprojektion (FBP) sein.The calculation method of the decomposition coefficients of each point in a specific area t based on a base material combination of the area t includes: calculating an integral of the decomposition coefficients of each point in the area along each path through which each beam passes, according to projection data of the beam having different energies (such as B. high energy projection data and low energy projection data), an energy spectrum of the region and attenuation coefficient functions corresponding to the base material combination of the region; Determining decomposition coefficients of each point in the region with a predetermined reconstruction algorithm according to the integral of the decomposition coefficients of each point in the region along each path through which each ray passes. For example, the reconstruction algorithm may be a filtered backprojection (FBP) algorithm.
Das Berechnungsverfahren der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in einem bestimmten Bereich t auf der Basis einer Basismaterialkombination des Bereichs t wird beschrieben, indem die Kombination der doppelten Basismaterialien als Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform herangezogen wird, und kann insbesondere mit Bezug auf die Gleichungen (1-10) implementiert werden.The calculation method of the decomposition coefficients of each point in a specific range t on the basis of a base material combination of the region t will be described by taking the combination of the double base materials as an example in the present embodiment, and may be particularly described with reference to the equations (1-10). be implemented.
Es soll angenommen werden, dass das abgetastete Objekt in N Bereiche unterteilt wird, die ausgedrückt werden als:
Dämpfungskoeffizientenfunktionen der doppelten Basismaterialien, die in jedem Bereich verwendet werden, sind:
Die Zerlegungskoeffizienten (oder als Zerlegungskoeffizientenbild bezeichnet) jedes Punkts (Pixelpunkt oder Voxelpunkt) auf der Basis von doppelten Basismaterialien werden aufgezeichnet als:
Wobei x einen Pixelpunkt oder einen Voxelpunkt darstellt.Where x represents a pixel point or a voxel point.
Dann können die Projektionsdaten eines Röntgenstrahls mit hoher (H)/niedriger (L) Energie in der Röntgenstrahl-Dualenergie-CT geschrieben werden als:
SL/H(E) stellt das Energiespektrum einer Strahlquelle mit hoher/niedriger Energie dar,
„t“ stellt den gegenwärtig gelösten Bereich dar. Es soll angenommen werden, dass das Zerlegungskoeffizientenbild der anderen Bereiche als des Bereichs t bekannt ist. Das Zerlegungskoeffizientenbild des Bereichs t kann durch das vorangehende Zerlegungsverfahren erhalten werden, es kann aus der Dualenergie-Projektionsgleichung (4) gelernt werden, dass:
Da die Zerlegungskoeffizientenbilder
Die Zerlegungskoeffizienten jedes Pixel/Voxel-Punkts können mit einem allgemeinen CT-Rekonstruktionsalgorithmus (wie z. B. FBP-Algorithmus) gemäß dem Integral des Zerlegungskoeffizientenbildes des Bereichs entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft, rekonstruiert werden, das heißt:
Wobei Recon einen Rekonstruktionsalgorithmus darstellt.Where Recon is a reconstruction algorithm.
Da es auf den Bereich t begrenzt ist, wird das endgültige Zerlegungskoeffizientenbild ausgedrückt als:
Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen einer äquivalenten Atomzahl jedes Punkts im bestimmten Bereich in Schritt
Wenn die Kombination von doppelten Basismaterialien als Beispiel herangezogen wird, sind die Rechengleichungen der äquivalenten Elektronendichte ρeff und der äquivalenten Atomzahl Zeff jedes Punkts wie folgt:
Wobei die Atomzahlen der doppelten Basismaterialien, die im Bereich j verwendet werden, als
Wobei der Parameter α empirisch festgelegt wird, wie folgt:
Ein beispielhaftes Bereichsunterteilungsverfahren des abgetasteten Objekts in Schritt
Eine Länge (das heißt die Größe von N in Gleichung 13) der Atomzahlbeziehungskette steht mit der Genauigkeit der Substanzidentifikation in Beziehung. Je größer die Länge der Atomzahlbeziehungskette ist, in desto mehr Bereiche wird das Objekt unterteilt, desto höher ist die Genauigkeit der Substanzidentifikation. Hinsichtlich der Atomzahlen, die verwendet werden, um die Grenze des Bereichs in der Atomzahlbeziehungskette abzugrenzen, können beispielsweise Atomzahlen, die gemeinsamen Materialien entsprechen, ausgewählt werden, oder sie können gemäß den Materialien festgelegt werden, die im detektierten Objekt enthalten sind.A length (that is, the size of N in Equation 13) of the atomic number relation chain is related to the accuracy of the substance identification. The larger the length of the atomic number relation chain, the more areas the object is subdivided, the higher the accuracy of the substance identification. For example, with respect to the atomic numbers used to delineate the boundary of the region in the atomic number relation chain, atomic numbers corresponding to common materials may be selected, or they may be determined according to the materials contained in the detected object.
Die Gleichung für das vorangehende Bereichsunterteilungsverfahren wird folgendermaßen ausgedrückt:
Wobei die doppelten Basismaterialein des neu unterteilten Bereichs als Materialien ausgewählt werden können, denen
Wie vorstehend beschrieben, wird ein Zerlegungsverfahren auf der Basis von dynamischen Basismaterialkombinationen der vorliegenden Offenbarung zyklisch durchgeführt, bevor die Zerlegungskoeffizienten aller Bereiche konvergieren.
Die vorliegende Offenbarung schlägt auch eine Zerlegungsvorrichtung auf der Basis einer Basismaterialkombination vor, die umfasst: Ein oder mehrere Module zum Durchführen des vorangehenden Zerlegungsverfahrens.The present disclosure also proposes a decomposition apparatus based on a base material combination comprising: one or more modules for performing the foregoing decomposition method.
Wie in
Das Erhaltungsmodul
Das Bereichsunterteilungsmodul
Das Zerlegungskoeffizientenbestimmungsmodul
Das Bestimmungsmodul
Das Schleifendurchlaufmodul
Wahlweise werden die Zerlegungskoeffizienten und die äquivalenten Atomzahlen aller Punkte des abgetasteten Objekts, die am Beginn des Zyklus erforderlich sind, gemäß einer vorgegebenen (festen) Basismaterialkombination bestimmt. Wahlweise ist das Bereichsunterteilungsmodul
Wahlweise ist das Zerlegungskoeffizientenbestimmungsmodul
Wahlweise umfasst das Berechnungsverfahren der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in einem bestimmten Bereich t auf der Basis einer Basismaterialkombination des Bereichs t: Berechnen eines Integrals der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts im Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft, gemäß Projektionsdaten des Strahls mit verschiedenen Energien (wie z. B. Projektionsdaten unter hoher Energie und Projektionsdaten unter niedriger Energie), einem Energiespektrum des Bereichs und Dämpfungskoeffizientenfunktionen, die der Basismaterialkombination des Bereichs entsprechen; Bestimmen von Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich mit einem vorgegebenen Rekonstruktionsalgorithmus gemäß dem Integral der Zerlegungskoeffizienten jedes Punkts in dem Bereich entlang jedes Weges, durch den jeder Strahl verläuft. Der Rekonstruktionsalgorithmus kann beispielsweise ein Algorithmus einer gefilterten Rückprojektion (FBP) sein. Wahlweise ist das Bestimmungsmodul
Wie in
Der Arbeitsspeicher
Die Vorrichtung
Die vorliegende Offenbarung schafft auch ein computerlesbares Speichermedium, das ein Computerprogramm speichert, wobei das Programm durch einen Prozessor ausgeführt wird, um das Zerlegungsverfahren irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen zu implementieren.The present disclosure also provides a computer-readable storage medium storing a computer program, the program being executed by a processor to implement the decomposition method of any of the foregoing embodiments.
Für den Fachmann auf dem Gebiet soll selbstverständlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als Verfahren, System oder Computerprogrammprodukt vorgesehen sein können. Folglich kann die vorliegende Offenbarung die Form einer vollständigen Hardware-Ausführungsform, einer vollständigen Software-Ausführungsform oder einer Ausführungsform, die sowohl Software als auch Hardware kombiniert, annehmen. Überdies kann die vorliegende Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das auf einem oder mehreren computernutzbaren nichttransitorischen Speichermedien (einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf einen Plattenspeicher, CD-ROM, optischen Speicher usw.) mit einem darin enthaltenen computernutzbaren Programmcode implementiert wird.It should be understood by those skilled in the art that embodiments of the present disclosure may be provided as a method, system, or computer program product. Thus, the present disclosure may take the form of a complete hardware embodiment, a complete software embodiment, or an embodiment that combines both software and hardware. Moreover, the present disclosure may take the form of a computer program product implemented on one or more computer usable non-transitory storage media (including, but not limited to, a disk storage, CD-ROM, optical storage, etc.) having computer usable program code therein.
Das Obige sind nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und sollen die vorliegende Offenbarung nicht begrenzen. Irgendeine Modifikation, äquivalente Substitution, Verbesserung usw. innerhalb des Gedankens und der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sollte im Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein.The above are only the preferred embodiments of the present disclosure and are not intended to limit the present disclosure. Any modification, equivalent substitution, enhancement, etc., within the spirit and principles of the present disclosure should be covered within the scope of the present disclosure.
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